e-magazine - page 48

Food FocusThailand
OCTOBER 2015 48
STANDOUT
TECHNOLOGY
เทคโนโลยีจมู กอิเล็กทรอนิกส์
และการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร
ElectronicNose (e-Nose)
Technologyand ItsApplications in Food Industry
PadurariuAlexandru
จมูกอิเล็กทรอนิกส์ มีองค์ประกอบที่ ส�ำคัญ 3 ส่วน ได้แก่ 1. ส่วนเตรียม
ตัวอย่างและเก็บรวบรวมกลิ่นของตัวอย่าง2. เซ็นเซอร์ส�ำหรับการตรวจจับ
กลิ่น3.ส่วนประมวลผลสัญญาณจากเซ็นเซอร์และวิ เคราะห์กลิ่นตัวอย่าง
ที่ น�ำมาตรวจวัดกลิ่นด้ วยจมูกอิเล็กทรอนิกส์นั้นอาจอยู่ในรูปของของแข็ง ของเหลว
หรือก๊าซ ในกรณีที่เป็นของแข็ งหรือของเหลว ต้องกระตุ้นให้ เกิดสารระเหยซึ่งเป็น
โมเลกุ ลของกลิ่น (เราเรียกกลิ่นที่ เกิดจากสารระเหยนี้ว่าHeadspace)ซึ่งการกระตุ้น
สามารถท�ำได้หลายวิธี เช่น การเตรียมตั วอย่างโดยการตั ดหรือบดให้เป็นชิ้ นเล็กๆ
มี พื้นที่ผิวมากๆ การให้ ความร้อนหรือเพิ่มอุ ณหภูมิ และการกวนในกรณีที่ เป็ น
ของเหลว โดยส่วนเตรี ยมและรวบรวมกลิ่ นตัวอย่างของจมูกอิเล็กทรอนิกส์เพื่อน�ำส่ง
กลิ่นไปยังส่วนของเซ็นเซอร์ด้วยระบบปั๊ มและระบบควบคุมการไหล เป็นส่วนส�ำคัญ
ที่ ท�ำให้สภาวะในการตรวจวั ดกลิ่นตัวอย่างมีความคงตั ว ไม่เปลี่ ยนแปลงไปมา
ขณะวัดหรือเมื่อวัดหลายๆครั้ง
เซ็ นเซอร์ส�ำหรับการตรวจจับกลิ่นของจมูกอิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้ วยหัวก๊าซ-
เซ็นเซอร์จ�ำนวนมากซึ่งอาจมีได้ทั้ งเซ็นเซอร์เคมีไฟฟ้าและเซ็นเซอร์ทางแสงโดยแต่ ละ
เซ็ นเซอร์จะมีความจ�ำเพาะในการวั ดที่แตกต่ างกัน เมื่อโมเลกุลของสารเคมี ระเหย
จับตั วกับหัววั ด สัญญาณไฟฟ้าในวงจรจะเปลี่ ยนแปลงไปเนื่องจากความต้านทาน
ที่เปลี่ยนไปของหัววัด (Conductometricchemosensor)ปัจจุ บันจมูกอิเล็ กทรอนิกส์
ที่ ผลิตทางการค้ าใช้เทคนิ คก๊าซเซ็นเซอร์แบบ Metal oxide เนื่องจากเป็นเซ็ นเซอร์
ที่ มีความคงตัวและความทนทานสูง
สัญญาณไฟฟ้ าที่ได้จากก๊าซเซ็นเซอร์จะถูกรวบรวมและประมวลผลโดยส่วนของ
วงจรอิเล็ กทรอนิกส์และซอฟต์แวร์ เซ็นเซอร์แต่ละชนิดจะตอบสนองต่อกลิ่นหรือก๊าซ
ชนิดเดียวกันแตกต่างกัน เมื่อการตอบสนองไม่เหมือนกัน เซ็นเซอร์แต่ละชนิ ดจึงส่ง
สัญญาณไฟฟ้ าออกไปต่างกันและเราสามารถใช้วิธีการวิเคราะห์ส่วนประกอบส�ำคัญ
(Principle Component Analysis; PCA) ในการประมวลผล การวิ เคราะห์วิธี นี้
ช่วยเลื อกความส�ำคัญของข้ อมูล โดยสามารถตัดปั จจัยที่ มีตั วแปรความชื้นและ
Electronic noses include three major parts: a sample delivery
system, adetectionsystem, acomputingsystem.Thesamples
tobeanalyzedby theelectronicnosecanbesolid, liquidorgas.
When the samples are solid, we break down the samples into small
pieces to increase the surfaceareaand let the vaporsor the volatiles
comeout. The vaporsor volatile compoundsgenerated from liquidor
solid sample is called headspace.Wemay increase the temperature
or using magnetic stirrer (in case of liquid samples) to increase the
headspace of a sample. The sample delivery system utilizes pumps
and valves to inject this headspace into the detection system of the
electronic nose. The system is also essential to guarantee constant
operating conditions.
The detection system, which consists of a gas sensor set, is the
“reactive”partof the instrument.The typeofgassensorcanbeelectro-
chemistry or sensor which has different light absorption properties
when interacts with different odor molecules. When gas sensors are
in contact with volatile compounds, they react, which means they
experience a change of electrical properties (Conductometric
chemosensor). Inmost electronic noses, each sensor is sensitive to
all volatile molecules but each in their specific way. At present, the
commercial electronic noses use metal oxide gas sensors because
they aremore stableand are very durable.
Theelectricalsignals respondedby thegassensorswillbe recorded
by theelectronic interface transforming the signal intoadigital value.
Each sensor gives response to one gas or one odor in different way.
We can compute the recorded data based on statistical models and
PCA (Principle Component Analysis). Thismethod converts a set of
observations of possibly correlated variables into a set of values of
linearly uncorrelated variables called principle components. The
number of principle componentsare less thanor equal to thenumber
of original variables. By thismethod, we can prevent the effect of the
temperature and the humidity on the calculation results. In the final
step, the center and boundary of the analyzed principle components
are set to define the different group of odors for comparison and
recording the result indatabase.
ดร.กฤษณ์ จงสฤษดิ์
กรรมการผู้จั ดการ
บริษั ท โมบิลิสออโตมาต้าจ�ำกัด
krit.chongsrid@gmail.com
Krit Chongsrid, Ph.D.
ManagingDirector
MobilisAutomataCo., Ltd.
krit.chongsrid@gmail.com
จมูกอิ เล็กทรอนิกส์ (Electronic Nose; e-Nose) คื อเครื่องมือตรวจวัด
กลิ่นที่ ถูกออกแบบมาให้มีลั กษณะการท�ำงานที่ เลียนแบบจมูกและระบบ
การรั บรู้ กลิ่นของมนุ ษย์ ซึ่ งในโพรงจมู กของคนทั่วไปมี เซลล์รับกลิ่ น
จ� ำนวนมาก เมื่อกลิ่นซึ่งเป็นก๊าซหรือสารระเหยเข้ามาสัมผัสกั บเซลล์เหล่านี้
ก็จะเกิดเป็นสัญญาณไฟฟ้าในระบบประสาทส่งไปยังสมองให้ท�ำการประมวลผล
เพื่ อแยกแยะและรู้จ� ำกลิ่ นต่างๆ ทั้งนี้ การแยกแยะและรู้ จ�ำกลิ่ นของมนุษย์
มีลั กษณะอิงรูปแบบ (Pattern) ของการตอบสนองของเซลล์รับกลิ่นที่เป็น
องค์รวม
The electronic nose or e-Nose is an instrument that
measures thespecificcomponentsof odorsandflavors.
Itmimicshumannoseandhumanolfactorysystemwhich
contains various olfactory receptors. When odorants
which can be gases or vapors are inhaled through the
nose, they interact with these receptors and generate
electricsignals to thebrain. In thecentralnervoussystem,
odorsare representedaspatternsofneuralactivitywhere
we candistinguishand recognize different odors.